Учёные: На Земле мог наступить вечный ледниковый период

Планеты типа Земли у звёзд класса Солнца защищены от глобального похолодания намного хуже, чем предполагалось: большинство из них склонно к вечному оледенению.

Французские исследователи смоделировали судьбу углекислого газа на планетах земного типа у звёзд, подобных Солнцу. Выяснилось, что будь Земля удалена от звезды в 1,27 раза дальше, чем сейчас, то её бы покрывали вечные льды. Раньше считалось, что она была бы обитаемой даже на удалении в 1,69 раза большем, чем сегодня. Будь земные сутки короче, наша планета также могла бы навсегда замёрзнуть. Открытие означает, что обитаемая зона у жёлтых карликов должна быть сужена вдвое. Красные карлики, которых куда больше, в этом смысле более благоприятны для своих планет: у них такой сценарий невозможен. С текстом соответствующей статьи можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Авторы работы смоделировали судьбу углекислого газа во время серьёзного оледенения, подобного тому, которое случилось на Земле 720–635 миллионов лет назад. В их модели он начал выпадать в виде сухого льда, скапливаясь у полюсов. Со временем из-за выноса нового углекислого газа в атмосферу вулканами у моделируемой планеты уменьшились потери тепла. Она нагрелась, и углекислотные полярные шапки исчезли, запустив быстрое таяние водных льдов, покрывавших планету. Таким образом, модельная Земля снова стала пригодной к жизни.

Однако, когда исследователи слегка изменили параметры моделирования, ситуация резко ухудшилась. На планете с земными атмосферой, длиной суток и наклоном оси углекислотные полярные шапки не могут разморозиться уже в 1,27 астрономической единицы от звезды типа Солнца. Более того, их сухой лёд за считаные тысячи лет может погрузиться в водный лёд. Тот заблокирует возможность таяния углекислоты и, по сути, навсегда похоронит её. После этого углекислый газ оказывается отрезанным от атмосферы и не может создавать парниковый эффект.

Это означает, что оледенение на такой планете будет вечным. Разморозка нашей планеты после сильных оледенений идёт за счёт углеродного цикла — изменения физического и химического состояния углерода. Покрытые льдами горные породы больше не могут связывать углекислый газ, выбрасываемый при извержении вулканов. Он накапливается до тех пор, пока парниковый эффект от него не заставляет льды растаять. Но если главный парниковый газ сам начнёт превращаться в лёд (при температуре ниже –78 градусов Цельсия), то углеродный цикл работать перестаёт — по крайней мере, если удаление от звезды солнечного типа превышает 1,27 астрономической единицы.

Работа имеет большое значение потому, что до сих пор фактор вымораживания углекислого газа так детально не рассматривался. Поэтому предполагалось, что зона обитаемости для землеподобных планет у звёзд типа Солнца простирается от 0,99 астрономической единицы (будь Земля чуть ближе, и она потеряла бы океаны) до 1,69 астрономической единицы. То есть будь наша планета, с её плотной атмосферой, даже на месте Марса, она также была бы обитаемой за счёт меньшего связывания углекислого газа горными породами.

Новое моделирование показывает ошибочность этой точки зрения. Согласно его результатам, зона обитаемости в Солнечной системе имеет ширину всего в 0,28 астрономической единицы, а не в 0,7 астрономической единицы, как считалось ранее. Из-за сокращения ширины предполагаемой зоны обитаемости в 2,5 раза авторы предлагают изменить оценки потенциальной жизнепригодности для экзопланет, открытых у звёзд типа Солнца (жёлтых карликов).

По их расчётам, будь земные сутки короче, а наклон земной оси меньше, наша планета в далёком прошлом (когда светимость Солнца была на 20–30 процентов меньше) также могла навсегда покрыться льдами. Дело в том, что при более коротких сутках солнечные лучи не успевали бы растапливать углекислотные полярные шапки. При меньшем наклоне земной оси полярные шапки не попадали бы надолго под прямые солнечные лучи и не таяли. Таким образом, период полного оледенения в истории нашей планеты, однажды наступив, не закончился бы.

Впрочем, все вышеописанные проблемы касаются лишь меньшинства потенциально обитаемых планет. Жёлтые карлики типа Солнца — довольно редкие звёзды. Большинство всех светил Вселенной — красные карлики. Они холоднее, и поэтому 95 процентов их излучения приходится на инфракрасную часть спектра. В видимом свете водный и углекислотный лёд — белые, то есть хорошо отражающие. Для инфракрасного излучения оба эти вида льда почти не отражают ("чёрные"), поэтому оно будет намного быстрее и легче плавить их днём и в летний сезон. У планет в зоне обитаемости вокруг красных карликов не только глобальное оледенение, но и обычные частичные оледенения практически исключены.